RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 200730 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 356811 (51) Int.Cl. F16K 1/36 (2006.01) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: 23.10.2002 (54) Zawór, a zwłaszcza zawór grzejnikowy (30) Pierwszeństwo: 25.10.2001,DE,10152870.1 (73) Uprawniony z patentu: DANFOSS A/S,Nordborg,DK (43) Zgłoszenie ogłoszono: 05.05.2003 BUP 09/03 (72) Twórca(y) wynalazku: James David Messmer,Aarhus,DK (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 30.01.2009 WUP 01/09 (74) Pełnomocnik: Łukaszyk Szymon, Kancelaria Patentowa Łukaszyk PL 200730 B1 (57) Przedmiotem wynalazku jest zawór (1) tłumiący hałas, a zwłaszcza zawór grzejnikowy z obudową zaworu (2), w której umieszczone jest gniazdo zaworowe (5) i z elementem zamykającym (6), który posiada element wspornikowy, posiadający możliwość przesuwu w kierunku do lub od gniazda zaworowego (5), przy czym pomiędzy elementem wspornikowym i gniazdem zaworowym (5) umieszczony jest korpus uszczelniający wykonany z miękkiego materiału. Grubość korpusu uszczelniającego w strefie pokrywania gniazda zaworowego (5) i elementu wspornikowego wynosi od 0,3 do 1,2 mm.
2 PL 200 730 B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest zawór, a zwłaszcza zawór grzejnikowy, z obudową zaworu, w której umieszczone jest gniazdo zaworowe, i z elementem zamykającym, który posiada element wspornikowy, posiadający możliwość przesuwu w kierunku do lub od gniazda zaworowego, przy czym pomiędzy elementem wspornikowym i gniazdem zaworowym umieszczony jest korpus uszczelniający wykonany z miękkiego materiału. Znane są liczne zawory tego rodzaju. Przykładem mogą być zawory przedstawione w opisach patentowych US 3 658 291 A, US 3 310 277 A, WO 99/22282 A1 lub US 4 475 711 A. Korpus uszczelniający zapewnia właściwe uszczelnienie, kiedy zawór jest zamknięty. Z tego względu korpus uszczelniający winien być bardziej miękki niż element, z którym zwykle współdziała gniazdo zaworowe. Miękkość i związana z nią podatność mają jednak tę wadę, że zawory o takiej konstrukcji mają tendencję do wibracji. Wibracje te powodują hałasy, które zwłaszcza w przewodach grzewczych mogą rozprzestrzeniać się na stosunkowo duże odległości. Celem wynalazku jest konstrukcja zaworu który tłumi hałasy. W zaworze według wynalazku grubość korpusu uszczelniającego w strefie pokrywania gniazda zaworowego i elementu wspornikowego wynosi od 0.3 do 1.2 mm. Dzięki temu zapewniono, aby za miejscem, w którym korpus uszczelniający przylega do elementu wspornikowego, znajdowało się "wzmocnienie". Miękkość korpusu uszczelniającego jest w tym miejscu ograniczona do jego powierzchni. Korpus uszczelniający jest miejscowo podatny może więc wyrównywać małe nierówności elementu wspornikowego, dzięki czemu zapewnia się szczelność zamkniętego zaworu. Równocześnie ograniczona jest sprężystość korpusu uszczelniającego, ponieważ do elementu wspornikowego przylega bardzo cienka warstwa korpusu uszczelniającego, która jest odkształcalna. Dzięki temu korpus uszczelniający jest tak sztywny, że można z dużą niezawodnością uniknąć wibracji elementu zamykającego, nazywanego również stożkiem zaworowym. Takie ukształtowanie umożliwia także bardziej precyzyjne zamykanie zaworu. Element zamykający nie będzie podskakiwał podczas zamykania, lecz będzie przylegać równomiernie do gniazda zaworowego uszczelniając je. Będzie to miało miejsce również wtedy, gdy element zamykający nie będzie jest opływany w kierunku od gniazda zaworowego, lecz w kierunku przeciwnym. Korpus uszczelniający jest w większości przypadków przymocowany do stożka zaworowego, jednakże może być on również umieszczony przy gnieździe zaworowym. Korzystne jest, aby w zaworze według wynalazku grubość ta wynosiła od 0.4 do 0.8 mm. W zakresie tym uzyskano szczególnie korzystne wyniki. Korzystne jest także, aby w zaworze według wynalazku korpus uszczelniający miał twardość w zakresie do 70 do 90 twardości kauczuku butadienowo-akrylonitrylowego (NBR) według Shora. Materiał jest w tym przypadku odpowiednio miękki, dla zapewnienia wystarczającej szczelności. Z drugiej strony ma on wystarczającą twardość, aby obniżyć tendencje do wibracji. Korzystne jest dalej, aby w zaworze według wynalazku korpus uszczelniający wykonany był jako część odlewana na elemencie wspornikowym lub w gnieździe zaworowym. Korpus uszczelniający stanowiący element odlewany pozwala na racjonalną i prostą produkcję. Podane wyżej wartości graniczne 0,3 względnie 0,4 mm umożliwiają jego odlewanie. Korzystne jest, aby w zaworze według wynalazku element wspornikowy miał promieniowe wydłużenie, które z błędem tolerancji odpowiada promieniowi linii styku gniazda zaworowego i korpusu uszczelniającego. Dzięki temu korpus uszczelniający jest podpierany przez element wspornikowy dokładnie w miejscu przylegania korpusu uszczelniającego do gniazda zaworowego. Siły działające na korpus uszczelniający mogą być przyjmowane przez zewnętrzne obszary korpusu uszczelniającego, jednakże korpus uszczelniający jest wystarczająco podparty przez element wspornikowy w kierunku zamykania. W takim przypadku korzystne jest, aby w zaworze według wynalazku błąd tolerancji wynosił ± 0,5 mm. Tolerancja ta wystarcza, aby zapewnić pożądane działanie zaworu. Stosowne jest, kiedy w zaworze według wynalazku element wspornikowy ma kształt kielicha, który otwiera się w stronę gniazda zaworowego. Element wspornikowy ma zatem w strefie styku korpusu uszczelniającego i gniazda zaworowego kształt pierścieniowego wzmocnienia tak, że zapewnione jest odpowiednie wzmocnienie dokładnie
PL 200 730 B1 3 w miejscu, gdzie następuje odkształcenie korpusu uszczelniającego, zaś pozostałe części korpusu uszczelniającego są bardziej odkształcane. Korzystne jest wtedy, kiedy w zaworze według wynalazku kielich posiada krawędź, która ukształtowana jest promieniowo na zewnątrz. Dzięki takiemu ukształtowaniu powierzchnia, którą element wspornikowy wspiera korpus uszczelniający, jest nieznacznie większa w kierunku promieniowym. Ponadto pozwala to na lepsze utrzymywanie korpusu uszczelniającego na elemencie wspornikowym. Korzystne jest wtedy również to, że w zaworze według wynalazku wnętrze kielicha jest częściowo wypełnione materiałem korpusu uszczelniającego. Upraszcza to produkcję. Przechodzenie korpusu uszczelniającego przez otwory w elemencie wspornikowym zapewnia jego niezawodne mocowanie. Korzystne w zaworze według wynalazku korpus uszczelniający ma kształt stożka o stałej grubości w strefie pomiędzy elementem wspornikowym i gniazdem zaworowym. W pozostałych strefach, na przykład promieniowo dalej w kierunku do wewnątrz, korpus uszczelniający może mieć większą grubość. Grubość ograniczona do wartości wskazanych powyżej konieczna jest tylko tam, gdzie na skutek zamykania, siły ściskające działają na korpus wspornikowy. Kształt stożkowy zmniejsza hałas wywoływany przepływem. W alternatywnej konstrukcji zaworu według wynalazku element wspornikowy ma postać wydrążonego cylindra. Wydrążony cylinder otoczony jest cienką warstwą materiału, która tworzy korpus wspornikowy. Przedmiot wynalazku przedstawiono dalej w korzystnych przykładach wykonania w połączeniu z rysunkiem, na którym: fig. 1 przedstawia zawór grzejnikowy, fig. 2 przedstawia inną formę wykonania elementu zamykającego, a fig. 3 przedstawia powiększony wycinek rysunku fig. 1. Na rysunku fig. 1 pokazano zawór grzejnikowy 1 z obudową 2, w której przewidziano przyłącze wlotowe 3 i przyłącze wylotowe 4. Pomiędzy przyłączem wlotowym 3 i przyłączem wylotowym 4 umieszczono gniazdo zaworowe 5, które jest zamykane i otwierane za pomocą elementu zamykającego 6. W przedstawionej na rysunku pozycji element zamykający 6 przylega do gniazda zaworowego 5 i zawór grzejnikowy i jest zamknięty. Element zamykający 6 poruszany jest za pomocą popychacza zaworowego 7, który jest wstępnie naprężony przez sprężynę 8 w kierunku otwarcia zaworu. Na popychacz zaworowy 7 działa, wyprowadzony przez poprzez dławnicę 9, trzpień 10, na który działa nie pokazana nasadka regulacyjna, przykładowo nasadka termostatyczna. Konstrukcja elementu zamykającego 6 przedstawiona jest na rysunku fig. 3. Element zamykający 6 posiada element wspornikowy 11, który wykonano z dosyć mocnego materiału. Przykładem mogą być tu metale, jak żelazo, mosiądz lub brąz. Istnieje również możliwość zastosowania tworzyw sztucznych o odpowiedniej wytrzymałości. Element wspornikowy ma w tym przypadku kształt kielicha, którego otwór skierowany jest w stronę gniazda zaworowego 5. Element wspornikowy 11 posiada po stronie czołowej zwróconej do gniazda zaworowego 5 krawędź 12, która skierowana jest na zewnątrz. W ten sposób powstaje powierzchnia oporowa 13, która w kierunku promieniowym jest nieco większa niż powierzchnia przekroju poprzecznego elementu wspornikowego 11. Na element wspornikowy 11 nałożony jest korpus uszczelniający 14, który po stronie 15 zwróconej do gniazda zaworowego 5 ma kształt stożkowy o względnie płaskim kątem rozwarcia, przy czym fikcyjny wierzchołek tego stożka wchodzi w otwór, który ograniczony jest gniazdem zaworowym 5. Część korpusu uszczelniającego 14 znajduje się we wnętrzu elementu wspornikowego 11. Korpus uszczelniający 14 wykonany jest z materiału gumowego o twardości 80 twardości kauczuku butadienowo-akrylonitrylowego (NBR) według Shora. Szczególnie istotne jest to, że korpus uszczelniający w strefie pomiędzy elementem zamykającym 11 i gniazdem zaworowym 5 ma stosunkowo małą grubość d, która zawiera się w przedziale od 0,3 do 1,2 mm, korzystnie od 0,4 do 0,8 mm. Mała grubość nie musi występować na całej powierzchni przekroju poprzecznego korpusu uszczelniającego 14. Wystarczy, jeśli ta cienka warstwa występuje w obszarze, który znajduje się pomiędzy gniazdem zaworowym 5 i powierzchnią oporową 13, a dokładniej mówiąc w strefie powierzchni oporowej 13, która współdziała z gniazdem zaworowym. Gwarantuje to, że korpus uszczelniający 14 w strefie, gdzie siły zamykające mogą powodować ściskanie,
4 PL 200 730 B1 jest niezawodnie podparty przez element wspornikowy 11, przez co może być odkształcany jedynie w ograniczonym zakresie. Jeśli przykładowo kierunek przepływu przez obudowę nie jest skierowany od przyłącza wlotowego 3 do przyłącza wylotowego 4, ale przeciwnie, to z uwagi na ograniczone odkształcanie korpusu uszczelniającego 14 w strefie gniazda zaworowego 5 podatność elementu zamykającego 6 na wibracje jest znacznie niższa. Element zamykający 6 nie zacznie więc wibrować lub podskakiwać, gdy przy zamykaniu dojdzie do zetknięcia z gniazdem zaworowym 5. Wzmocnienie przez element wspornikowy 11 wywołuje takie tłumienie, że korpus uszczelniający podczas zamykania jest uszczelniany równomiernie, nawet wtedy, gdy zawór eksploatowany jest przy nieprawidłowym kierunku przepływu. Ponadto lepsze właściwości tłumiące mają miejsce również wtedy, gdy kierunek przepływu przebiega od przyłącza wlotowego 3 do przyłącza wylotowego 4. Można także zastosować element wspornikowy 11, który będzie miał praktycznie takie samo wydłużenie promieniowe, jak linia styku pomiędzy korpusem wspornikowym 14 i gniazdem zaworowym 5. Linia styku 16 przedstawiona jest na rysunku fig. 3 za pomocą linii pionowej. Dopuszczalny jest oczywiście błąd tolerancji w kierunku promieniowym wynoszący ± 0,5 mm pomiędzy powierzchnią oporową 13 a linią styku 16. Na rysunku fig. 2 pokazano inną formę wykonania elementu zamykającego, w której części takie same i odpowiadające sobie opatrzono takimi samymi oznaczeniami jak na rysunku fig. 1 i fig. 3. Element zamykający 6 posiada tu element wspornikowy 11, który ma postać wydrążonego cylindra. Wydrążony cylinder posiada otwór 17, który służy do mocowania popychacza zaworowego 7. Mocowanie to można także wykonać w sposób pokazany na rysunku fig. 1, gdzie korpus uszczelniający jest odlewany wokół dolnego odcinka końcowego 18, posiadającego profil mocujący 19, popychacza zaworowego 7. Można również zastosować śrubę wkręconą w popychacz zaworowy 7. Element wspornikowy 11 winien być otoczony korpusem uszczelniającym 14 w taki sposób, aby korpus uszczelniający 14 prawie ze wszystkich stron zamykał element wspornikowy 11. Na spodzie 15 korpus uszczelniający 14 ma także kształt stożkowy, jednak w strefie gniazda zaworowego 5, czyli przy krawędzi zamykającej gniazda zaworowego 5, jego grubość jest mała i wynosi tylko od 0,3 do 1,2 mm. Zastrzeżenia patentowe 1. Zawór, a zwłaszcza zawór grzejnikowy, z obudową zaworu, w której umieszczone jest gniazdo zaworowe, i z elementem zamykającym, który posiada element wspornikowy, posiadający możliwość przesuwu w kierunku do lub od gniazda zaworowego, przy czym pomiędzy elementem wspornikowym i gniazdem zaworowym umieszczony jest korpus uszczelniający wykonany z miękkiego materiału, znamienny tym, że grubość (d) korpusu uszczelniającego (14) w strefie pokrywania gniazda zaworowego (5) i elementu wspornikowego (11) wynosi od 0,3 do 1,2 mm. 2. Zawór według zastrz. 1, znamienny tym, że grubość (d) wynosi od 0,4 do 0,8 mm. 3. Zawór według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że korpus uszczelniający (14) ma twardość w zakresie do 70 do 90 twardości kauczuku butadienowo-akrylonitrylowego (NBR) według Shora. 4. Zawór według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienny tym, że korpus uszczelniający (14) wykonany jest jako część odlewana na elemencie wspornikowym (11) lub w gnieździe zaworowym (5). 5. Zawór według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, znamienny tym, że element wspornikowy (11) ma promieniowe wydłużenie, które z błędem tolerancji odpowiada promieniowi linii styku (16) gniazda zaworowego (5) i korpusu uszczelniającego (14). 6. Zawór według zastrz. 5, znamienny tym, że błąd tolerancji wynosi ± 0,5 mm. 7. Zawór według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, albo 6, znamienny tym, że element wspornikowy (11) ma kształt kielicha, który otwiera się w stronę gniazda zaworowego (5). 8. Zawór według zastrz. 7, znamienny tym, że kielich posiada krawędź (12), która ukształtowana jest promieniowo na zewnątrz. 9. Zawór według zastrz. 7 oraz 8, znamienny tym, że wnętrze kielicha jest częściowo wypełnione materiałem korpusu uszczelniającego (14).
PL 200 730 B1 5 10. Zawór według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, albo 6, albo 7, albo 8, albo 9, znamienny tym, że korpus uszczelniający (14) ma kształt stożka (15) o stałej grubości (d) w strefie pomiędzy elementem wspornikowym (11) i gniazdem zaworowym (5). 11. Zawór według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, albo 6, albo 7, albo 8, albo 9, znamienny tym, że element wspornikowy ma postać wydrążonego cylindra. Rysunki
6 PL 200 730 B1 Departament Wydawnictw UP RP Cena 2,00 zł.